Электронные лекции в формате DOC (04)

Посмотреть архив целиком

ДЕФЕКТЫ НА АТОМАХ ПНИКТИДОВ


Образование дефектов типа ППВ возможно не только на атомах халькогенов, но и на атомах элементов V группы периодической системы (пниктидах). Однако, в последнем случае картина возникновения дефектов является более сложной, поскольку валентность больше нормальной в пниктидах возможна только в результате гибридизации.

Нормальным состоянием пниктида, обладающим наименьшей энергией, является рР30 , в котором атом образует три связи, используя р-орбитали (рис). Было показано, что дефектами с наименьшей энергией, так же как и в случае халькогенов, являются заряженные центры с переменной валентностью:

рР 2 и spP 4 (рис).


В случае ХСП, содержащих элементы V и VI групп, все виды дефектов ( С1, С3, рР2, spP4) могут присутствовать, но их концентрации будут различны вследствие различий в энергиях образования. Приближенный анализ показывает, что основным отрицательным центром в ХСП, вероятно будет С1, а положительно заряженными центрами будут как С3, так и spP4.


spP+4

pP-2

Ep


P

S













------------------------------------------------------------------------------------------------

ДЕФЕКТЫ НА АТОМАХ ЭЛЕМЕНТОВ IV ГРУППЫ


Необходимым условием образования пар с переменной валентностью (координация дефектов больше и меньше, чем у нормального атома) является наличие электронов на несвязывающих орбиталях (неподеленных пар электронов). В связи с этим данный тип дефектов возможен на атомах элементов V и VI групп периодической системы, но невозможен на атомах IV группы – тетраэдрических полупроводников, так как у последних нет неподеленных пар электронов. Следовательно, в материалах IV группы могут присутствовать только дефекты с координацией меньше нормальной.

Электронная структура возможных состояний атомов IV группы (кремния) была проанализирована Д. Адлером.

Нормальное состояние атома кремния spT40 (см. рисунок).


По оценке Адлера, наименьшей энергией обладает дефект pT20 (см. рисунок).


Следующая по величине энергия у заряженных дефектов spT2+ (см. рисунок) и

pT3(см. рисунок).


Обратим внимание, что если наименьшей энергией обладает нейтральный дефект (рТ20), то отсюда следует, что корреляционная энергия для аморфного кремния положительная.

Это объясняется значительной жесткостью структурной сетки аморфного кремния по сравнению с ХСП. Однако надо отметить, что до настоящего времени вопрос о знаке корреляционной энергии в аморфном кремнии остается предметом дискуссий. Возможно, что за счет беспорядка и возникающих в результате этого флуктуаций энергетических состояний корреляционная энергия может менять знак.


Рассмотренные нами модели энергетических зон (хотя они относятся к некристаллическим полупроводникам вообще), как правило, создавались для халькогенидных стеклообразных полупроводников.

Давайте теперь подробнее рассмотрим строение энергетических зон аморфного кремния и, в частности, гидрогенизированного аморфного кремния, как имеющего наибольшее практическое применение. (Почему?).

Однако, сначала нам необходимо попытаться ответить на вопрос:

Почему именно a – Si:H обладает уникальными свойствами?

Почему именно a – Si:H допускает эффективное управление его свойствами путем легирования?

Но для того чтобы ответить на этот вопрос, необходимо иметь ясность в другом:

Почему некристаллические полупроводники, в отличие от кристаллов, как правило, нечувствительны к примесям?

Для ХСП одну причину мы уже называли:

  • отсутствие дальнего порядка и мягкая структурная сетка (наличие шарнирных связей) приводит к тому, что атомы примеси насыщают все свои валентные связи и становятся электрически неактивными.

Однако такое объяснение вряд ли подойдет для некристаллического четырех координированного материала, у которого атомы образуют жесткую трехмерную сетку.

С другой стороны, жесткость структурной сетки приводит к тому, что в отсутствии дальнего порядка имеется значительное число собственных атомов материала, которые не могут полностью удовлетворить свою валентность. Другими словами, в материале имеется высокая плотность дефектов и соответствующих им уровней в запрещенной зоне. В результате плотность состояний в запрещенной зоне N, см-3эВ-1

aSi составляет порядка 1020 см-3 эВ-1.

Понятно, что в этой ситуации, при aSi

нормальных уровнях легирования, 1020

концентрация уровней донорных или a – Si:H

акцепторных уровней оказывается ниже, 1019

чем концентрация уровней собственных ND

дефектов (рисунок). Поэтому примеси

не оказывают влияние на положение 1018

уровня Ферми и на свойства

полупроводника. 1017

Что же происходит при введении в

кремний достаточно большого количества Ev 0,4 0,8 1,2 Ec

(несколько процентов) атомов водорода?

Атомы водорода, имеющие один электрон, взаимодействуют с оборванными связями атома кремния. Например, с атомами в конфигурации Т30:


Н





Связь SiH более сильная, чем связь SiSi. Si30 H Si - H

Следовательно, при образовании такой Ec

связи энергия электронов понижается на

величину даже бо’льшую, чем энергия

электронов, образующих связь Si – Si. + =

Таким образом, вместо несвязывающих

орбиталей в запрещенной зоне, образуются

связывающая орбиталь в валентной зоне и Ev

антисвязывающая орбиталь в зоне

проводимости.

Вывод: введение водорода позволяет резко снизить плотность локализованных состояний в запрещенной зоне (см. рисунок).

В этой ситуации становится возможным создание более высокой плотности состояний легирующей примеси, по сравнению с плотностью состояний собственных дефектов, а следовательно, управление свойствами материала путем легирования.




Случайные файлы

Файл
LAB.DOC
15067-1.rtf
35141.rtf
30401-1.rtf
167511.doc




Чтобы не видеть здесь видео-рекламу достаточно стать зарегистрированным пользователем.
Чтобы не видеть никакую рекламу на сайте, нужно стать VIP-пользователем.
Это можно сделать совершенно бесплатно. Читайте подробности тут.